無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作業(yè)

1分析WSN和ADhoc網(wǎng)絡(luò)特征的相同之處和不同處？移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)是由無線移動節(jié)點組成的具有任意和臨時性網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有時稱作MANET（MobileAdhocNETworks,移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)）。每個節(jié)點既可以作為主機，同時也可以作為路由器來使用，除了可以運行用戶應(yīng)用程序，還可以通過其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，節(jié)點之間是以對等方式連接的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種獨立出現(xiàn)的計算機網(wǎng)絡(luò)，它的基本組成單位是節(jié)點，這些節(jié)點集成了傳感器、微處理器、無線接口和電源四個模塊。1.1相同點都是自組織網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)自動配置，動態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)，需要考慮網(wǎng)絡(luò)的安全性等。1.2不同點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)有相似點，但又有很多不同。移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)可以用于沒有無線基礎(chǔ)設(shè)施存在或出于費用和安全方面的考慮不方便設(shè)置無線基礎(chǔ)設(shè)施的場合，而傳感器很多時候被布置在近地環(huán)境中，地波吸收現(xiàn)象不能被忽視，并且高密度布置的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多用戶接口也造成了很高的誤比特率。作為移動通信的兩種基本組網(wǎng)模式之一，移動adhoc網(wǎng)絡(luò)中的傳輸模型是典型的多對多式，而傳感器網(wǎng)中的傳輸模型更偏向于分層次模型（多對一傳輸）。一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點比典型的移動終端或手持設(shè)備有更多的資源受限要求，但對于計算的要求則是可有可無的，當需要執(zhí)行計算任務(wù)時，如果通信成本比計算成本低，計算任務(wù)就被送到中心節(jié)點去執(zhí)行。WSN和傳統(tǒng)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計中，各自的首要設(shè)計目標是什么？WSN的首要設(shè)計目標通常傳感器節(jié)點都由能量有限的電池提供能量,且在實際應(yīng)用中由于傳感器節(jié)點數(shù)量多,分布廣,部署環(huán)境復(fù)雜,因而在大多數(shù)部署環(huán)境中通過更換電池或充電的方式來補充能量是不可行的。能量有限是WSN發(fā)展的一個瓶頸。因此,如何合理有效地使用現(xiàn)有能量最大化WSN的生命周期便成了首要的設(shè)計目標。其中生命周期是指從網(wǎng)絡(luò)開始正常運行到第一個節(jié)點由于能量耗盡所經(jīng)歷的時間。2.2無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標傳統(tǒng)寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標是提供高服務(wù)質(zhì)量和高效帶寬利用，其次才考慮節(jié)約能源。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點目前常見的無線網(wǎng)絡(luò)包括移動通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍牙網(wǎng)絡(luò)、Adhoc網(wǎng)絡(luò)等，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在通信方式、動態(tài)組網(wǎng)以及多跳通信等方面有許多相似之處，但同時也存在很大的差別。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多其鮮明的特點：（1）傳感器節(jié)點體積小、能量有限傳感器節(jié)點體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池。由于傳感器節(jié)點數(shù)目龐大，成本要求低廉，分布區(qū)域廣，而且部署區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，有些區(qū)域甚至人員不能到達，所以傳感器節(jié)點通過更換電池的方式來補充能源是不現(xiàn)實的。如何在使用過程中節(jié)省能源，最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期，是傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。（2）通信能力有限傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬窄而且經(jīng)常變化，通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米。傳感器節(jié)點之間的通信斷接頻繁，經(jīng)常容易導(dǎo)致通信失敗。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)更多地受到高山、建筑物、障礙物等地勢地貌以及風雨雷電等自然環(huán)境的影響，傳感器可能會長時間脫離網(wǎng)絡(luò)，離線工作。如何在有限通信能力的條件下高質(zhì)量地完成感知信息的處理與傳輸，是傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)之一。（3）節(jié)點存儲和計算能力有限傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設(shè)備，要求它價格低功耗小，這些限制必然導(dǎo)致其攜帶的處理器能力比較弱，存儲器容量比較小。為了完成各種任務(wù)，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的管理和處理、應(yīng)答匯聚節(jié)點的任務(wù)請求和節(jié)點控制等多種工作。如何利用有限的計算和存儲資源完成諸多協(xié)同任務(wù)成為傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的挑戰(zhàn)。（4）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、分布廣傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分布密集，數(shù)量巨大，可能達到幾百、幾千萬，甚至更多。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很廣泛的地理區(qū)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)的這一特點使得網(wǎng)絡(luò)的維護十分困難甚至不可維護，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件必須具有高強壯性和容錯性，以滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能要求。（5）自組織、動態(tài)性網(wǎng)絡(luò)在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，節(jié)點通常被放置在沒有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方。傳感器節(jié)點的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不知道，而是通過隨機布撒的方式。這就要求傳感器節(jié)點具有自組織能力，能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時，由于部分傳感器節(jié)點能量耗盡或環(huán)境因素造成失效，以及經(jīng)常有新的節(jié)點加入，或是網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性，這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有很強的動態(tài)性，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心是感知數(shù)據(jù)，而不是網(wǎng)絡(luò)硬件。觀察者感興趣的是傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，而不是傳感器本身。觀察者不會提出這樣的查詢：“從A節(jié)點到B節(jié)點的連接是如何實現(xiàn)的?”，他們經(jīng)常會提出如下的查詢：“網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中哪些地區(qū)出現(xiàn)毒氣?”。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點不需要地址之類的標識。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。802.15.4協(xié)議的特點？包括主要的針對的應(yīng)用場合、解決傳輸誤碼的方法，說明和ZIGBEE、6LoWPAN的層次關(guān)系。802.15.4協(xié)議的特點802.15.4是一個低數(shù)據(jù)率的WPAN(LR-AN)標準，它具有復(fù)雜度低、成本極少、功耗很小的特點，能在低成本設(shè)備之間進行低數(shù)據(jù)率的傳輸。IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴頻(DSSS)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式,區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴頻碼片長度和傳輸速率。IEEE802.15.4支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。最簡單的一種是星型網(wǎng)，只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，連接多個從設(shè)備。為了降低系統(tǒng)成本，IEEE802.15.4定義了兩種物理設(shè)備一完整功能設(shè)備(FFD)和部分功能設(shè)備(RFD)。FFD支持各種拓撲結(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，可以與任何其他設(shè)備對話;RFD僅支持星型結(jié)構(gòu)，不能作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對話，但是實現(xiàn)非常簡單。在星型網(wǎng)中只有網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是FFD,其他均為RFD。另一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是對等網(wǎng)絡(luò)，它的覆蓋范圍很大，有成千上萬個節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)中的每一個FFD也可作為路由器，通過路由協(xié)議來優(yōu)化最短和最可靠的路徑，同時路由協(xié)議還可根據(jù)情況動態(tài)變化。802.15.4協(xié)議的應(yīng)用場合IEEE802.15.4特別適合應(yīng)用于嵌人式系統(tǒng)、微處理器等領(lǐng)域，希望建立一種可以連接每個電子設(shè)備的無線網(wǎng)的場合。802.15.4協(xié)議解決誤碼的方法在802.15.4標準中提到了兩種機制解決誤碼問題。一種機制是使用短幀格式=小于128B)以減少單個幀出錯的概率;另外一種機制是利用MAC幀中的校驗機制驗證收到的數(shù)據(jù)是否出錯。MAC幀的校驗碼長16位，使用ITU標準的16位校驗生成算法生成。802.15.4協(xié)議和ZigBee、6LoWPAN層次關(guān)系IEEE802.15.4標準具有可擴展性，只規(guī)定了底層:為單一的媒體訪問控制(MAC)層和多樣的物理層，至于MAC層以上的協(xié)議，可以采用不同的方案。由此就產(chǎn)生了多種不同的技術(shù)，ZigBee和6LoWPAN就是其中的兩個。ZigBee協(xié)議棧由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，網(wǎng)絡(luò)層以上的協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟負責，IEEE則制定物理層和鏈路層標準。應(yīng)用匯聚層把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全屬性設(shè)置和多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚等功能。網(wǎng)絡(luò)層將采用基于AdH0。技術(shù)的路由協(xié)議，除了包含通用的網(wǎng)絡(luò)層功能外，還應(yīng)該與底層的IEEE802.15.4標準同樣省電。6LoWPAN技術(shù)也采用的是IEEE802.15.4規(guī)定的物理層和MAC層，不同之處在于6LoWPAN技術(shù)使用IETF規(guī)定的IPv6功能，采用IPv6協(xié)議棧。了解ISM波段含義，說明802?15?4協(xié)議所占ISM無線波段，以及各個波段的信道數(shù)。八十年代后期，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)對使用無線電的計算機通信開放了無須申請就可以使用的ISM(Industrial,Scientific，and，Medical)頻段，使得無線網(wǎng)絡(luò)的使用成為通信領(lǐng)域的一個熱點。1990年7月，IEEE802委員會接受了“CSMA/CD無線媒介標準擴充”的提案，成立了IEEE802.11無線局域網(wǎng)工作委員會，為無線網(wǎng)絡(luò)制定工業(yè)標準。日本于1993年也公布了無線局域網(wǎng)使用的ISM頻段。在中國，也先后開放2.4G和5.8G作為ISM頻點。對于ISM波段的通信機來說，只要功率譜及帶外輻射滿足要求，使用者無須向無線電管理部門申請使用許可證，提高了微波波段無線擴頻技術(shù)的商業(yè)價值。所有CiscoAironet產(chǎn)品符合美國/歐洲以及世界的電磁輻射標準。在世界各區(qū)域銷售的產(chǎn)品滿足不同地區(qū)對于ISM和功率及輻射的要求，在中國，采用2.4G的開放民用頻率，無需許可證。30毫瓦功率也遠低于無線電委員會要求。ISM頻段為902-928MHZ，2.4-2.4835GHZ，5.725-5.850GHZ在2450MHz波段上有16個信道，在915MHz波段上有30個信道，在868MHz上有3個信道傳感器節(jié)點的主要組成以及WSN中傳感器節(jié)點的特點和限制條件傳感器節(jié)點的主要組成：控制器、通信裝置、傳感器/驅(qū)動器、存儲器、能量供應(yīng)。特點：傳感節(jié)點體積小、成本低、傳感節(jié)點數(shù)量大、具有自適應(yīng)能力。限制條件：電源能量有限、通信能力有限、計算和存儲能力有限。路由協(xié)議的作用和功能？WSN路由協(xié)議獨特特征？路由協(xié)議的作用是尋找一條或多條滿足一定條件，從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑，將數(shù)據(jù)分組沿著所尋找的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。路由協(xié)議的功能主要有兩個方面：一是搜索滿足條件的從源節(jié)點到目的節(jié)點的優(yōu)化路徑；二是轉(zhuǎn)發(fā)資料分組。WSN路由協(xié)議獨特特征：無線傳感器與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同之處，它受到能量消耗的制約，并且只能獲取到局部拓撲結(jié)構(gòu)的信息，由于這兩個原因，無線傳感器的路由協(xié)議要能夠在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選擇合適路徑。傳感器由于它很強的應(yīng)用相關(guān)性，不同應(yīng)用中的路由協(xié)議差別很大，沒有通用的路由協(xié)議。8?WSN路由協(xié)議的4種分類根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、路由協(xié)議自身的特點及應(yīng)用類型，將路由協(xié)議分為以下幾個類型：（1）以數(shù)據(jù)為中心的路由：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，終端用戶往往只關(guān)心采集的數(shù)據(jù)，而不關(guān)心這些數(shù)據(jù)是從那個節(jié)點傳送的。（2）基于層次節(jié)后的路由協(xié)議，基于層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致力于解決如何節(jié)省網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗，均攤網(wǎng)絡(luò)能量，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。（3）基于地理信息路由協(xié)議。合理利用節(jié)點的地理信息，從而將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給一個特定區(qū)域而不是整個網(wǎng)絡(luò)，減少網(wǎng)絡(luò)能耗。（4）基于多路徑的路由協(xié)議。多路徑路由協(xié)議能夠提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并且可以將傳輸能耗分攤在更多的節(jié)點上。簡要說明SPIN、DirectedDiffusion、TTDD、LEACH、LAR、P-MAC協(xié)議的最基本的工作思想SPIN：。該協(xié)議假定網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都是Sink節(jié)點，每一個節(jié)點都有用戶需要的信息，而且相鄰的節(jié)點擁有類似的數(shù)據(jù)，所以只要發(fā)送其他節(jié)點沒有的數(shù)據(jù)。SPIN協(xié)議通過協(xié)商完成資源自適應(yīng)算法，即在發(fā)送真正數(shù)據(jù)之前，通過協(xié)商壓縮重復(fù)的信息，避免了冗余數(shù)據(jù)的發(fā)送；此外，SPIN協(xié)議有權(quán)訪問每個節(jié)點的當前能量水平，根據(jù)節(jié)點剩余能量水平調(diào)整協(xié)議，所以可以在一定程度上延長網(wǎng)絡(luò)的生存期。DirectedDiffusion:它通過泛洪方式廣播興趣消息給所有的傳感器節(jié)點，隨著興趣消息在整個網(wǎng)絡(luò)中傳播，協(xié)議逐跳地在每個傳感器節(jié)點上建立反向的從數(shù)據(jù)源節(jié)點到基站或者匯聚節(jié)點的傳輸梯度。該協(xié)議通過將來自不同源節(jié)點的數(shù)據(jù)聚集再重新路由達到消除冗余和最大程度降低數(shù)據(jù)傳輸量的目的，因而可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量、延長系統(tǒng)生存期。TTDD：—個層次路由協(xié)議，主要是解決網(wǎng)絡(luò)中存在多sink點及sink點移動問題。當多個節(jié)點探測到事件發(fā)生時，選擇一個節(jié)點作為發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點，源節(jié)點以自身作為格狀網(wǎng)（grid）的一個交叉點構(gòu)造一個格狀網(wǎng)。LEACH：是以循環(huán)的方式隨機選擇簇首節(jié)點，平均分配整個網(wǎng)絡(luò)的能量到每個傳感器節(jié)點，從而可以降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。簇首的產(chǎn)生是簇形成的基礎(chǔ)，簇首的選取一般基于節(jié)點的剩余能量、簇首到基站或匯聚節(jié)點的距離、簇首的位置和簇內(nèi)的通信代價。LAR：LAR協(xié)議是一種基于源路由的按需路由協(xié)議。它的思路是利用移動節(jié)點的位置信息來控制路由查詢范圍，從而限制路由請求過程中被影響的節(jié)點數(shù)目，提高路由請求的效率。它利用位置信息將尋找路由的區(qū)域限制在一個較小的請求區(qū)域(requestzone)內(nèi)，由此減少了路由請求信息的數(shù)量。LAR在操作上類似于DSR。在路由發(fā)現(xiàn)過程中，LAR利用位置信息進行有限的廣泛搜索，只有在請求區(qū)域內(nèi)的節(jié)點才會轉(zhuǎn)發(fā)路由請求分組。若路由請求失敗，源節(jié)點會擴大請求范圍，重新進行搜索。LAR確定請求區(qū)域的方案有兩種：一是由源節(jié)點和目的節(jié)點的預(yù)測區(qū)域確定的矩形區(qū)域；二是距離目的節(jié)點更近的節(jié)點所在的區(qū)域。P-MAC:采用交換預(yù)約包的方式完成信息交換。為了節(jié)能，節(jié)點周期性監(jiān)聽/休眠，每個節(jié)點任意設(shè)定開啟時間，避免了全網(wǎng)同步對定時的精確要求。節(jié)點通過周期廣播的方式通知鄰節(jié)點自己的開啟策略。節(jié)點通過周期探測與預(yù)測結(jié)合的方式存儲并更新鄰節(jié)點信息表。簡要說明SPIN、DirectedDiffusion和LEACH的工作流程SPIN：采用了3種數(shù)據(jù)包來通信：ADV用于新數(shù)據(jù)的廣播，當節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，利用該數(shù)據(jù)包向外廣播；REQ用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)，當節(jié)點希望接收數(shù)據(jù)時，發(fā)送該報文；DATA包含帶有Meta-data頭部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報文；當一個傳感器節(jié)點在發(fā)送一個DATA數(shù)據(jù)包之前，首先向其鄰居節(jié)點廣播式地發(fā)送ADV數(shù)據(jù)包，如果一個鄰居希望接收該DATA數(shù)據(jù)包，則像該節(jié)點發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點向其鄰居節(jié)點發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。DirectedDiffusion：首先是興趣消息擴散，每個節(jié)點都在本地保存一個興趣列表，其中專門存在一個表項用來記錄發(fā)送該興趣消息的鄰居節(jié)點、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時間戳等相關(guān)信息，之后建立傳輸梯度。數(shù)據(jù)沿著建立好的梯度路徑傳輸。LEACH：不斷地循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過程，可以分為兩個階段：一是簇的建立，即包括簇首節(jié)點的選擇、簇首節(jié)點的廣播、簇首節(jié)點的建立和調(diào)度機制的生成。二是傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。每個節(jié)點隨機選一個值，小于某閾值的節(jié)點就成為簇首節(jié)點，之后廣播告知整個網(wǎng)絡(luò)，完成簇的建立。在穩(wěn)定階段中，節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)送到簇首節(jié)點，簇首節(jié)點將信息融合后送給匯聚點。一段時間后，重新建立簇，不斷循環(huán)。MAC協(xié)議的作用，按分配信道方式分類的類型？MAC協(xié)議的主要作用是決定無線信道的使用，建立傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為了能夠使傳感器節(jié)點合理分配通信資源，避免眾多節(jié)點在同一時間發(fā)射信號時產(chǎn)生碰撞沖突。MAC協(xié)議可分為3類：（1）基于競爭的MAC協(xié)議。即節(jié)點在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時采用某種機制隨機的使用無線信道。（2）基于固定分配的MAC協(xié)議。即節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻和持續(xù)時間是按照協(xié)議規(guī)定的標準來執(zhí)行。（3）基于按需分配的MAC協(xié)議。即根據(jù)節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中所承擔數(shù)據(jù)量的大小決定其所占用信道的時間。說明CSMA、CA主要工作機理以及特點。工作機理：（1）使用如RTS，CTS等控制消息預(yù)留信道（2）首先站點執(zhí)行CSMA算法（3）如果確定了用于傳送的適當時間，站點發(fā)送RTS（4）然后目標回應(yīng)CTS消息。特點：在RTS上仍然可能會發(fā)生碰撞。說明混合型MAC協(xié)議中ZMAC協(xié)議的主要思想。ZMAC協(xié)議，采用CSMA機制作為基本方法，在競爭加劇時使用TDMA機制來解決信道沖突問題。ZMAC引入了時間幀的概念，每個時間幀又分為若干個時隙。在ZMAC中，網(wǎng)絡(luò)部署時每個節(jié)點執(zhí)行一個時隙分配的DRAND算法。時隙分配結(jié)束后，每個節(jié)點都會在時間幀中擁有一個時隙。分配了時隙的節(jié)點稱為該時隙的所有者：所有者在對應(yīng)的時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級最高。在ZMAC中，節(jié)點可以選擇任何時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。節(jié)點在某個時隙發(fā)送數(shù)據(jù)需要先監(jiān)聽信道的狀態(tài)，但是該時隙的所有者擁有更高的發(fā)送優(yōu)先級。發(fā)送優(yōu)先級的設(shè)置通過設(shè)定退避時間窗口的大小來實現(xiàn)。時隙的所有者被賦予一個較小的時間窗口，所以能夠搶占信道。時隙在被所有者閑置時還能被其他的節(jié)點使用，從而提高信道利用率。此機制還隱含了根據(jù)信道的競爭情況在CSMA機制和TDMA機制間切換的方法。ZMAC協(xié)議將順序執(zhí)行步驟：鄰居發(fā)現(xiàn)；時隙分配；本地時間幀交換；全局時間同步。了解傳輸延時中不確定性時間分布情況。所有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線消息傳輸時延都可以分解為以下幾個部分：（1）發(fā)送時延。發(fā)送方節(jié)點在應(yīng)用層組裝信息及向MAC層發(fā)起發(fā)送請求所需的時間，此時延是高度可變的，取決于操作系統(tǒng)的調(diào)度和當前節(jié)點的處理器的負載。訪問時延。數(shù)據(jù)包達到MAC層后，等待信道空閑所需的時間，訪問時延取決于當前無線網(wǎng)絡(luò)的負載，是導(dǎo)致消息傳遞時延的最關(guān)鍵因素。傳輸時延。物理層傳輸比特數(shù)據(jù)所需的時間，可以通過數(shù)據(jù)包的大小和無線通信速率估算出來，是確定的。傳播時延。消息在兩個節(jié)點之間的傳輸介質(zhì)中的傳播時間，這個時間主要取決于節(jié)點之間的距離，這個時延是確定的。接收時延。物理層接收比特數(shù)據(jù)所花費的時間，與傳輸時延對應(yīng)，并與傳輸時延有重疊接收處理時延。接收方處理接收到的消息包并傳遞到應(yīng)用層所需的時間，與發(fā)送時延類似。傳輸時延和接收時延又可以細分為以下幾個部分的時延：(1)中斷處理時延。無線芯片發(fā)起中斷信號和微處理機響應(yīng)這個中斷所需的時間，這個延時遠小于幾微秒。但是如果中斷無效的話，這個時延就很大了。編碼時延。無線芯片把要傳輸?shù)男畔⒕幋a轉(zhuǎn)換成無線電波所消耗的時間。解碼時延。無線芯片把接收到的無線電波消息轉(zhuǎn)換為比特數(shù)據(jù)所花費的時間。字節(jié)序列校正時延。接收端無線芯片得到的字節(jié)序列可能會與發(fā)送端的不同，因此還需要字節(jié)序列校正時間，這個時間是確定的。說明時間同步協(xié)議中FTSP、單挑RBS、HRTS、TPSN的基本工作思想。FTSP(FloodingTimeSynchronizationProtocol)：洪泛時間同步協(xié)議，屬于典型的發(fā)送端/接收端單向時間同步模式。它實現(xiàn)了全網(wǎng)了時間同步，并且能夠很好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，F(xiàn)TSP采用以下措施來處理多種傳輸時延，提高同步精度。節(jié)點在消息發(fā)送和接收的時候記錄MAC層時間標，就可以直接消除消息傳遞過程中的發(fā)送時延、訪問時延及接收處理時延。在發(fā)送方傳輸同步信息和接收方接收同步信息的過程中，節(jié)點在同步字節(jié)發(fā)送后在MAC層給以后的每個字節(jié)記錄時間標。用線性回歸法來確定是在漂移率。FTSP協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)多跳的時間同步，它根據(jù)節(jié)點的ID號動態(tài)的選舉出一個根節(jié)點，作為時鐘源節(jié)點，所有的節(jié)點的時間都痛不欲根節(jié)點的時間，根節(jié)點和已經(jīng)同步的節(jié)點周期性地發(fā)送同步信息。RBS根據(jù)無線信道的廣播特性，消息對所有接收節(jié)點而言是同時發(fā)生到信道上的。RBS算法中正是利用這一特性來消除發(fā)生時間和訪問時間引入的時間同步誤差，從而提高時間同步精度。RBS算法中，參考節(jié)點周期性地向鄰居節(jié)點廣播時間同步消息，接收到這個消息的組節(jié)點記錄消息達到時各自的本地時間，然后相互交換本地時間戳信息，這樣這組節(jié)點就可以計算出相互間的時鐘偏差。RBS算法中廣播的時間同步消息并不包括真是的時間戳信息，消息的準確發(fā)送時刻并不重要，它也并不關(guān)心消息到達每個節(jié)點的傳播時間，而是關(guān)心這些傳播時間之間的差值。RBS算法最簡單的情形是參考節(jié)點廣播一個時間同步消息，廣播域中的兩個節(jié)點接收到這個信息，并記錄消息達到時的本地時間，然后交換各自記錄的時間。RBS算法把兩個接收時間的差值作為兩個節(jié)點的實在偏差，其中一個節(jié)點可以根據(jù)接收時間差值來修改其本地時間，從而實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的同步。HRTS(HierarchyReferencingTimeSynchronizationProtocol)是基于“發(fā)送者-接收者”時間同步機制。該同步機制主要通過“發(fā)送者”和“接收者”之間的三次數(shù)據(jù)通信來達到“發(fā)送者”和“接收者”時間同母的目地。在第一次數(shù)據(jù)通信中，“參考節(jié)點”(發(fā)送者)廣播一個同步請求命令幀F(xiàn)l,并記錄下發(fā)送該幀的時刻tl。該同步請求命令幀的載荷中含有“參考節(jié)點”在其鄰居表中隨機選擇的一個“應(yīng)答節(jié)點”，該“應(yīng)答節(jié)點”完成和“參考節(jié)點”的通信過程。在“參考節(jié)點”廣播范圍內(nèi)的所有節(jié)點在接收到這個同步請求命令幀時都記錄下接收到該幀的時間，但是只有“應(yīng)答節(jié)點”會回復(fù)該命令幀。其中，鄰居節(jié)點J將該接收時刻記錄為t2j“應(yīng)答節(jié)點”將其接收到同步命令幀的時刻記為t2。在第二次同步通信過程中，“應(yīng)答節(jié)點”向“參考節(jié)點”回復(fù)的同步響應(yīng)命令幀(記為F2)中包含的是“應(yīng)答節(jié)點”接收到同步請求命令幀F(xiàn)1的時刻t2以及發(fā)送同步響應(yīng)命令幀F(xiàn)2的時間t3,“參考節(jié)點”把收到同步響應(yīng)命令幀尺的時刻記為t4。HRTS同步算法在MAC層加入了時間戳，有效的減少了發(fā)送時延以及接收處理時延的影響，提高了同步精度。該算法假定了所有節(jié)點之間的傳輸時延以及接收時延相同，通過標記發(fā)送以及接收命令幀的時間來確定傳輸時延以及接收時延。但是該算法的同步范圍局限在節(jié)點的廣播范圍之內(nèi)，同步范圍有限，可擴展性不好。TPSNTPSN算法主要分為兩個步驟。首先是為節(jié)點建立層次性的結(jié)構(gòu)，然后每一級的節(jié)點與它上一級節(jié)點進行時間同步最終達到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點與最頂層的節(jié)點保持同步。TPSN算法假設(shè)所有的節(jié)點具有全網(wǎng)唯一的ID標識號，鏈路層的協(xié)議確保每個節(jié)點能夠獲知可以直接通信的節(jié)點集了；TPSN算法還假設(shè)無線通信鏈路是雙向的，并且可以對整個網(wǎng)絡(luò)建立生成樹(spanningtree)。TPSN算法包括兩個階段：生成層次結(jié)構(gòu)階段(leveldiscoveryphase)和同步階段(synchronizationphase)。ZigBee協(xié)議的拓撲結(jié)構(gòu)類型，節(jié)點可以分為哪幾類和相互關(guān)系。拓撲結(jié)構(gòu)類型：星型、網(wǎng)狀型、簇狀型。節(jié)點分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、全功能設(shè)備(FFD)、精簡功能設(shè)備(RFD)。相互關(guān)系：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是3種設(shè)備類型中最復(fù)雜的一種，存儲容量最大、計算能力最強。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息。全功能設(shè)備(FFD)：可以擔任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其他的FFD或是精簡功能裝置(RFD)連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。精簡功能設(shè)備(RFD)：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。WSN中故障模型分類和區(qū)別。WSN中的故障模型分為網(wǎng)絡(luò)模型和數(shù)據(jù)模型。網(wǎng)絡(luò)模型：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的狀態(tài)可分為正常和故障。故障是“永久”和“靜態(tài)”的，所謂“永久”是指故障節(jié)點將持續(xù)故障直到該節(jié)點被維修或替代，所謂“靜態(tài)”是指在節(jié)點故障診斷過程中不產(chǎn)生新故障。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點故障分為兩類：硬故障和軟故障。數(shù)據(jù)模型：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點和其鄰節(jié)點之間具有空間的相似性，即網(wǎng)絡(luò)中無故障的相鄰傳感器節(jié)點之間具有相同或相似的測量值。因此，可以通過鄰節(jié)點感知的傳感數(shù)據(jù)來診斷當前節(jié)點的狀態(tài)。TOA/TDOA/RTOF的工作原理及計算公式。TOA:已知信號的傳播速度，根據(jù)信號的傳播時間來計算節(jié)點間的距離，然后利用三邊或極大似然估計法等計算出節(jié)點的位置。d=[(T3-T0)-(T2-T1)]*V/2TDOA:發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，接收節(jié)點根據(jù)兩種信號到達的時間差以及已知這兩種信號的傳播速度，計算兩個節(jié)點之間的距離，然后利用三邊或極大似然估計法等計算出節(jié)點的位置。d=(T2-T1)*C1C2/(C1-C2)測距方式對精度的影響，尤其是各種物理信號用于測量距離時，可以達到的定位精度區(qū)別，采用射頻信號，設(shè)TOA達到始終精度為1ms,則測距精度是多少？定位的精確度是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的重要評價指標，然而測距是測距定位算法的先決條件。常用測量距離方法主要有：RSSI、TOA、TDOA、AOA等。很多典型的基于測距技術(shù)的定位算法沒有考慮到現(xiàn)實環(huán)境中多種多樣的因素，而是在理想的部署環(huán)境下評測的，當部署環(huán)境中存在障礙物時，很多提高定位精度的算法是無效的，還有可能降低定位的精度。接收信號強度指示(ReceivedsignalStrengthindicator,RSSI)：已知發(fā)送節(jié)點的信號功率，根據(jù)接收節(jié)點接收到的信號功率，然后根據(jù)傳播信號損耗模型，計算兩個節(jié)點之間的距離,并利用節(jié)點之間的距離進行定位的技術(shù)。對于射頻系統(tǒng)(RF)，多路反射、背景干擾、不規(guī)則的信號傳播特性會使得估計的距離不精確。到達時間(Timeofarrival，TOA):根據(jù)信號的到達時間進行測距。最常見的使用TOA技術(shù)進行測距的技術(shù)是GPS，GPS系統(tǒng)的價格較貴，能量消耗大，并且需要與衛(wèi)星的時鐘同歩?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件和內(nèi)部能量限制，GPS和其它基于TOA的設(shè)備太過昂貴。到達時間差(Timedifferenceofarrival，TDOA):在一對臨近節(jié)點間，基于聲波和電磁波的不同到達時間計算它們距離。但是，室外環(huán)境非常的復(fù)雜。例如，草對聲音有嚴重的阻尼效應(yīng)，廉價的揚聲器和操作系統(tǒng)使得調(diào)度和驅(qū)動花費較多時間，影響時間測量的準確性，回聲和多徑效應(yīng)會使得提供的數(shù)據(jù)有誤。通過對測量距離進行信號處理、統(tǒng)計濾波和一致性檢驗來解決這些問題。到達角度(Angleofarrival，AOA):需要估算鄰居節(jié)點發(fā)送信號的角度。由于輔助設(shè)備成本過高，因此AOA技術(shù)不能廣泛用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。若采用射頻信號，TOA的時鐘精度為1ms，則測距精度是為3x105。簡要說明三邊定位、質(zhì)心算法？三邊測距算法設(shè)未知節(jié)點D的坐標(x,y),A、B、C3個信標節(jié)點的坐標分別為(x,y)、ddaa(x,y)、(x,y)，它們到D的距離分別為d,d,d，則可得如下方程組：bbccadbdcd(x—x)2+(y—y)2二d2⑴TOC\o"1-5"\h\zaaad<(x—x)2+(y—y)2二d2(2)bbbd(x—x)2+(y—y)2二d2(3)cccd式(1)減式(3)，式(2)減式(3)后聯(lián)立方程

‘2(x一x)x+2(y一y)y=x2一x2+y2一y2+d2一d2cacacaccd‘2(x一x)x+2(y一y)y=x2一x2+y2一y2+d2一d2cbcbcbccdbd可解得D點的坐標(x,y)。dd三邊測距算法確定未知節(jié)點的坐標的思想可用圖1來表示。圖1由于三邊測距算法基于兩條直線的交點來估算未知節(jié)點的坐標，沒有充分利用A、B、C3個節(jié)點的坐標信息，使估算的未知節(jié)點的坐標可能存在比較大的誤差。在圖2，圖3的情況下，根據(jù)(1)(2)(3)式可解出圓A與圓C的交點M(xy),M(xy)，圓B與圓C的交點M(xy),M(xy),ac1ac1,ac1ac2ac2,ac2bc1bc1,bc1bc2bc2,bc2圓A與圓B的交點M(xy),M(xy).通過將圓A與圓C交點ab1ab1,ab1ab2ab2,ab2M(xy),M(xy)代入式(x-x)2+(y-y)2，判斷大小可找出兩點距ac1ac1,ac1ac2ac2,ac222圓B的圓心較近的點,假設(shè)為M(xy)?同理可找出圓B，圓C交點中距圓ac1ac1,ac1A較近的點設(shè)為M(xy)，圓A,圓B交點中距圓C的圓心較近的點設(shè)為bc1bc1,bc1M(xy)?依據(jù)質(zhì)心思想估算未知節(jié)點D的坐標為：ab2ab1,ab1/.,x+x+xy+y+y、(x,y)=(ab1bc1,ab1bc1)⑷dd33說明DV-Hop的距離了計算步驟。計算未知節(jié)點與每個信標節(jié)點的最小跳數(shù)信標節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播自身位置信息的分組，其中包括跳數(shù)字段，初始化為0。接收節(jié)點記錄具有到每個信標節(jié)點的最小跳數(shù)，忽略來自同一個信標節(jié)點的較大跳數(shù)的分組。然后將跳數(shù)值加1，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點。通過這個方法，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點能夠記錄下到每個信標節(jié)點的最小跳數(shù)。

（2）計算未知節(jié)點與信標節(jié)點的實際跳段距離每個信標節(jié)點根據(jù)第一個階段中記錄的其他信標節(jié)點的位置信息和相距跳數(shù)，利用下式估算平均每跳的實際距離，iHopSize=聞i工點x-X）2+（yiHopSize=聞ijijEhj其中，（x其中，（x,y）,（x,y）是信標節(jié)點i,iijj之間的跳段數(shù)。然后，信標節(jié)點將計算的每跳平均距離用帶有生存期字段的分組廣播至網(wǎng)絡(luò)中，位置節(jié)點僅記錄接收到的第一個每跳平均距離，并轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點。這個策略確保了絕大多數(shù)節(jié)點從最近的信標節(jié)點接收每跳平均距離值。未知節(jié)點接收到j(luò)的坐標，h是信標節(jié)點i與j（i豐j）j平均每跳距離后，根據(jù)記錄的跳數(shù)，計算到每個信標節(jié)點的跳段距離。（3）利用三邊測量法或極大似然估計法計算自身位置未知節(jié)點利用第二階段中記錄的到各個信標節(jié)點的跳段距離，利用三邊測量法或極大似然估計法計算自身坐標。簡要說明APIT方法的四個步驟。（1）收集信息：未知節(jié)點收集鄰近信標節(jié)點的信息，如位置、標識號、接收到的信號強度等，鄰居節(jié)點之間交換各自接收到的信標節(jié)點的信息；（2）APIT測試：測試未知節(jié)點是否在不同的信標節(jié)點組合成的三角形內(nèi)部（3）計算重疊區(qū)域：統(tǒng)計位置節(jié)點是否在不同的信標節(jié)點組合成的三角形內(nèi)部；（4）計算未知節(jié)點位置：計算重疊區(qū)域的質(zhì)心位置，作為未知節(jié)點的位置M&S模型的同步實質(zhì)。M&S模型的同步實質(zhì)是基于螢火蟲的同步閃光效應(yīng)提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)群時間同步機制，通過補償耦合時延對該機制進行了改進，將M&S模型引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點等效為M&S模型中的一個振蕩器，節(jié)點的時鐘系統(tǒng)由本地晶振和計數(shù)器構(gòu)成，在某一時刻讀取計數(shù)器的值即為節(jié)點的相位，計數(shù)器的最大計數(shù)值即為節(jié)點的相位極限，一旦達到計數(shù)最大值，則產(chǎn)生計數(shù)器溢出中斷（相當于M&S模型中的振蕩器被激發(fā)），并且通過向網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點廣播信號來產(chǎn)生相應(yīng)的禍合效應(yīng)，同時計數(shù)器將清零，然后重新計數(shù)，進入下一個周期。對于群中的每一個節(jié)點，用其相位變量來代替M&S模型中的狀態(tài)變量。概述GPS、Galileo和北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的簡要知識。（1）GPS1973年12月，美國國防部批準它的海陸空三軍聯(lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：navigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem,其意為“衛(wèi)星測時測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)”，簡稱GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性（陸地，海洋，航空和航天），全球性，全天候，連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航，定位和定時功能，能為用戶提供精密的三維坐標，速度和時間。自1974年以來，GPS計劃已經(jīng)歷了方案論證（1974-1978年），系統(tǒng)論證（1979-1987年），生產(chǎn)實驗（1988-1993年）三個階段?？偼顿Y超過200億美元。整個系統(tǒng)分為衛(wèi)星星座，地面控制和監(jiān)測站，用戶設(shè)備三大部分。論證階段共發(fā)射了11顆叫做BLOCKI的試驗衛(wèi)星，生產(chǎn)實驗階段發(fā)射BLOCKIIR型第三代衛(wèi)星，GPS系統(tǒng)由此基礎(chǔ)改建而成。GPS衛(wèi)星，其基本技術(shù)參數(shù)是：衛(wèi)星顆數(shù)為21+3（截止2007年11月5日在軌的GPS衛(wèi)星為31顆），衛(wèi)星軌道面?zhèn)€數(shù)為6,衛(wèi)星高度為20200KM，軌道傾角為55度，衛(wèi)星運行周期為11小時58分（恒星時12小時），基準頻率10.23MHZ，載波頻率為1575.42MHZ和1227.60MHZ。衛(wèi)星通過天頂時，衛(wèi)星可見時間為5小時，在地球表面上任何地方任何時刻，在高度角15度以上，平均可同時觀測到6顆衛(wèi)星，最多可達11顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為1.5m重約774kg（其中包括310kg燃料），兩側(cè)各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動對日定向，以保證衛(wèi)星正常工作的用電，每顆GPS衛(wèi)星上裝有4臺高精度的原子鐘，其中2臺為銣鐘，2臺為銫鐘。原子種為GPS定位提供高精度的時間標準。衛(wèi)星的運行周期約為11恒星時58分，每顆GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號，GPS用戶正是利用這些信號來進行工作的。對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷——描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都是由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一個重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準——GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測每顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站，三個注入站和五個監(jiān)測站。主控站位于美國克羅拉多Colorado的法爾孔Falcon空軍基地。它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站根據(jù)GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時它還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時調(diào)度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星工作；另外主控站也具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有五個除了主控站外其它四個分別位于夏威夷Hawaii、阿松森群島Ascencion、迭哥伽西亞DiegoGarcia、卡瓦加蘭Kwajalein。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號、監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。注入站有三個。它們分別位于阿松森群島Ascencion、迭哥伽西亞DiegoGarcia、卡瓦加蘭Kwajalein。注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。GPS信號接收機的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換，放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。GPS接收機，包括接收機硬件，機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包。GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機來說，兩個單元一般分為兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置于測站附近適當?shù)牡胤?，用電纜線將二者連接成一體。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，已經(jīng)將天線單元和接收單元制作成一個整體，觀測時安置在測站點上。近幾年，國內(nèi)外GPS生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出很多種類型的GPS測地型接收機。各種類型的GPS測地型接收機用于精密相對定位時，其雙頻接收機精度可達5mm，用于差分定位其精度可達亞米級至厘米級。目前，各種類型的GPS接收機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測。GPS和GLOASS兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機已經(jīng)問世。（2）Galileo從1994年歐盟已開始對伽利略系統(tǒng)方案實施論證。2000年歐盟已向世界無線電委員會申請并獲準建立伽利略系統(tǒng)的L頻段的頻率資源。2002年3月歐盟15國交通部長一致同意伽利略系統(tǒng)的建設(shè)。該系統(tǒng)由歐盟各政府和私營企業(yè)共同投資（36億歐元），是將來精度最高的全開放的新一代定位系統(tǒng)。伽利略系統(tǒng)計劃由30顆衛(wèi)星（27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星）組成。30顆衛(wèi)星部署在3個高度圓軌道面上，軌道高度23616km，傾角56度，星座對地面覆蓋良好。在歐洲建立兩個控制中心。歐洲航天局在2005年12月28日發(fā)射了第一顆伽利略演示衛(wèi)星。Galileo系統(tǒng)最主要的設(shè)計思想是：與GPS/GLONASS不同，完全從民用出發(fā)，建立一個最高精度的全開放型的新一代GNSS系統(tǒng)；與GPS/GLONASS有機地兼容，增強系統(tǒng)使用的安全性和兼容性；建設(shè)資金（36億歐元）由歐洲各國和私營企業(yè)共同投資。但是，政治斗爭可能會破壞Galileo系統(tǒng)的建設(shè)，由歐盟挑選的八家歐洲公司組成的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，由于職權(quán)斗爭，嚴重影響了Galileo系統(tǒng)的建設(shè)。據(jù)一位技術(shù)分析專家稱，Galileo有可能在2014或更晚時間才能夠建設(shè)完成。（3）北斗北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem），是中國研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括北斗一號和北斗二號的2代系統(tǒng)。北斗一號是一個已投入使用的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗二號則是一個正在建設(shè)中的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗一號由三顆北斗定位衛(wèi)星（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備份衛(wèi)星，、地面控制中心為主的地面部分、與北斗用戶終端三部分組成。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候、二十四小時的即時定位服務(wù)。定位精度可達數(shù)十納秒的同步精度，其精度號稱GPS相當，唯缺乏原子鐘等關(guān)鍵零組件，以現(xiàn)有用戶端顯示，校準精度為20米，未校準精度100米，較民用GPS精度為低。北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過程是：首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用戶的申請服務(wù)內(nèi)容進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，中心控制系統(tǒng)測出兩個時間延遲：即從中心控制系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲；和從中心控制發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)的延遲。由于中心控制系統(tǒng)和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的，因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶處于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。規(guī)劃相繼發(fā)射5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。此前，已成功法射了七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。按照建設(shè)規(guī)劃，2012年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將首先提供覆蓋亞太地區(qū)的導(dǎo)航、授時和短報文通信服務(wù)能力。2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗二號是中國開發(fā)的獨立的全球衛(wèi)星地位系統(tǒng)，不是北斗一號的簡單延伸，更類似于，GPS全球定位系統(tǒng)和伽利略。正在建設(shè)的北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費提供定位、測速和授時服務(wù)，定位精度為10米，授時精度為10納秒，測速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息?；谛袨闄z測的IDS的分類及區(qū)別。基于行為檢測的IDS分為：異常檢測、濫用檢測、混合檢測。在異常檢測中，觀察到的不是已知的入侵行為，而是所研究的通信過程中的異?，F(xiàn)象，它通過檢測系統(tǒng)的行為或使用情況的變化來完成。在建立該模型之前，首先必須建立統(tǒng)計概率模型，明確所觀察對象的正常情況，然后決定在何種程度上將一個行為標為“異?！?，并如何做出具體決策。在濫用檢測中，入侵過程模型及它在被觀察系統(tǒng)中留下的蹤跡是決策的基礎(chǔ)。濫用檢測基于已知的系統(tǒng)缺陷和入侵模式，故又稱特征檢測。它能夠準確地檢測到某些特征的攻擊，但卻過度依賴事先定義好的安全策略，濫用檢測通過對確知決策規(guī)則編程實現(xiàn)。在混合檢測中，作為一個完整的系統(tǒng)，IDS將以下一些重要特征作為分類的考慮因素。檢測時間：有些系統(tǒng)以實時或近乎實時的方式檢測入侵活動，而另一些系統(tǒng)在處理審計數(shù)據(jù)時則存在一定的延時。一般的實時系統(tǒng)可以對歷史審計數(shù)據(jù)進行離線操作，系統(tǒng)就能夠根據(jù)以前保存的數(shù)據(jù)重建過去發(fā)生的重要安全事件。數(shù)據(jù)處理的粒度：有些系統(tǒng)采用了連續(xù)處理的方式，而另一些系統(tǒng)則在特定的時間間隔內(nèi)對數(shù)據(jù)進行批處理操作，這就涉及到處理粒度的問題。它跟檢測時間有一定關(guān)系，但二者并不完全一樣，一個系統(tǒng)可能在相當長的時延內(nèi)進行連續(xù)數(shù)據(jù)處理，也可以實時地處理少量的批處理數(shù)據(jù)。審計數(shù)據(jù)來源：主要有兩種來源：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和基于主機的安全日志文件。后者包括操作系統(tǒng)的內(nèi)核同志、應(yīng)用程序日志、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如路由器和防火墻)日志等。入侵檢測響應(yīng)方式：分為主動響應(yīng)和被動響應(yīng)。被動響應(yīng)型系統(tǒng)只會發(fā)出告警通知，將發(fā)生的不正常情況報告給管理員，本身并不試圖降低所造成的破壞，更不會主動地對攻擊者采取反擊行動。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的容錯設(shè)計中故障的三個層次。從整體上考慮，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的故障可以分為三個層面，即部件級、節(jié)點級和網(wǎng)絡(luò)級。由于網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點、部件間的包含關(guān)系，所以高層故障本質(zhì)也是由低層故障所造成。部件故障：節(jié)點能夠通信，但是測量數(shù)據(jù)是錯誤的。節(jié)點故障：發(fā)生故障的節(jié)點與其它節(jié)點不再聯(lián)通。網(wǎng)絡(luò)故障：在某個區(qū)域內(nèi)的節(jié)點都出現(xiàn)了故障，造成部分網(wǎng)絡(luò)停止工作。節(jié)點故障只有能連通域不能連通兩種狀態(tài)，所以可以簡單地用二進制描述節(jié)點故障模型，例如0表示節(jié)點發(fā)生故障，不再與其他節(jié)點連通，1表示節(jié)點能與其它節(jié)點正常連通。部件故障模型要復(fù)雜一些，設(shè)節(jié)點所在地的真實值為Y(t)，記測量誤差符合正態(tài)分布N(0,b2)，b為噪聲標準差。傳感器發(fā)生故障時，測量值可以形式化為f(t)=B(t)+P(t)Y(t)+E(t)，其中0是偏移值，0是縮放倍數(shù)，8是測量噪聲，0101由此可以得到下面幾種故障模型：故障模型：固定故障是指感應(yīng)器的讀數(shù)一直為某個固定值，形式化為f(t)=0(t)。0偏移故障：偏移故障是指在真實值的基礎(chǔ)上附加一個常量，形式化為f(t)=0(t)+Y(t)+8(t)。0倍數(shù)故障：倍數(shù)故障是指真實值被放大或縮小某個倍數(shù)，形式化為f(t)=0(t)Y(t)+8(t)。如果沒有對測量值的先驗知識，僅從結(jié)果不能分辨出偏移故障和倍數(shù)故障。方差下降故障：設(shè)測量方差為b2，故障方差為b2，當b2>b2，則誤差演mffm變?yōu)楣收??N(Y,b2)，包含故障的測量值為f(t)=Y(t)+8(t)。這類故障通常是由于使用時間過長，感應(yīng)器老化后變得越來越不精確而產(chǎn)生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)消息通信主要受到的攻擊方式。物理層的攻擊與防御擁塞攻擊。無線環(huán)境是一個開放的環(huán)境，所有無線設(shè)備共享一個開放空間，若兩個節(jié)點發(fā)射的信號在一個頻段上，或者是頻點很接近，則會因為彼此干擾而不能正常通信。攻擊節(jié)點通過在傳感器網(wǎng)絡(luò)工作頻段上不斷發(fā)送無用信號，可以使在攻擊節(jié)點通信半徑內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都不能正常工作。這種攻擊節(jié)點達到一定密度，整個無線網(wǎng)絡(luò)將面臨癱瘓。擁塞攻擊對但單頻點無線通信網(wǎng)絡(luò)非常有效。攻擊者只要獲得或者檢測到目標網(wǎng)絡(luò)的通信頻率的中心頻率，就可以通過在這個頻點附近發(fā)射無線電波進行干擾。要抵御單頻點的擁塞攻擊，使用寬頻和跳頻的方法是比較有效的。在檢測到所在空間遭受攻擊以后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將通過統(tǒng)一的策略跳轉(zhuǎn)到另外一個頻率進行通信。對于全頻長期持續(xù)擁塞攻擊，轉(zhuǎn)換通信模式是唯一能夠使用的方法。光通信和紅外線等無線通信方式都是有效備選方法。全頻持續(xù)擁塞攻擊雖然非常有效，但是它有很多實施方面的困難，所以一般不會被攻擊者采納。2）物理破壞。因為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點往往分布在一個很大的區(qū)域內(nèi)，所以保證每個節(jié)點都是物理安全是不可能的。敵方人員很可能俘獲一些節(jié)點，對其進行物理上的分析和修改，并利用它干擾網(wǎng)絡(luò)正常功能。甚至可以通過分析其內(nèi)部敏感信息和上層協(xié)議機制，破解網(wǎng)絡(luò)的安全外殼。（2）鏈路層的攻擊1）碰撞攻擊。任何數(shù)據(jù)包，只要有一個字節(jié)的數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生了沖突，那么整個包都會被丟棄。這種沖突在鏈路層協(xié)議中稱為碰撞。2）耗盡攻擊。耗盡攻擊就是利用協(xié)議漏洞，通過持續(xù)通信的方式使節(jié)點能量資源耗盡。如利用鏈路層的錯包重傳機制，使節(jié)點不斷重復(fù)發(fā)送上一包數(shù)據(jù)，最終耗盡節(jié)點資源。在802.11的MAC協(xié)議中使用RTS（RequestToSend）、CTS（ClearToSend）和ACK（dataACKnowledge）機制，如果惡意節(jié)點向某節(jié)點持續(xù)發(fā)送RTS數(shù)據(jù)包，該節(jié)點就要不斷發(fā)送CTS回應(yīng)，最終導(dǎo)致節(jié)點資源被耗盡。3）非公平競爭。如果網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在通信機制中存在優(yōu)先級控制，惡意節(jié)點或者被俘節(jié)點可能被用來不斷在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送高優(yōu)先級